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几何图形的美观,黄金分割之美感,人人皆知,无需复述。值得一提的是对称变换下的不变量之美。
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数学中有对称,诗词中讲对仗。乍看上去两者似乎风马牛不相及,其实它们在理念上具有鲜明的共性:在变化中保持着不变性质。
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对称,是我们生活中常用的概念。我们的服装设计、室内装潢、音乐旋律都有对称的踪迹。“门当户对”,是一种平衡的要求,成为某些人的婚姻和人际交往中常用的规则。文学中的对仗也是一种对称。“虎踞龙盘今胜昔,天翻地覆慨而慷”,既有人文意境之美,也有文字对仗工整之美。中国文化特有的对联,更把“对称”的要求提到非常高的程度。
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数学中说两个图形是轴对称的,是指将一个图形沿着某一条直线(称为对称轴)折叠过去,能够和另一个图形能够重合。这就是说,一个图形“变换”到对称轴另外一边,但是图形的形状没有变(图4.5.1)。
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这种“变中不变”的思想,在对仗中也反映出来了。毛泽东《长征》诗中的两句:
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金沙水拍云崖暖,大渡桥横铁索寒。
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合于律诗对仗的标准。对联(对子)则是从律诗演化出来的,所以也要适合律诗的标准。例如毛泽东在《改造我们的学习》中,所举的一副对子:
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◀ 图4.5.1 蝴蝶的对称性
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墙上芦苇,头重脚轻根底浅;
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山间竹笋,嘴尖皮厚腹中空。
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这里上联(出句)的字和下联(对句)的字不相重复,而它们的平仄则是相对立的。一般地,对仗规则是:
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(1)出句和对句的平仄是相对立的;
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(2)出句的字和对句的字不能重复。
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再如,让我们看唐朝王维的两句诗:
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明月松间照,清泉石上流。
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诗的上句“变换”到下句,内容从描写月亮到描写泉水,确实有变化。但是,这一变化中有许多是不变的:
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“明”—“清”(都是形容词);
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“月”—“泉”(都是自然景物,名词);
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“松”—“石”(也是自然景物,名词);
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“间”—“上”(都是介词);
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“照”—“流”(都是动词)。
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平仄关系也互相对立。
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对仗之美在于它的不变性。假如上联的词语变到下联,含义、词性、格律全都变了,就成了白开水,还有什么味道?
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数学上的对称本来只是几何学研究的对象,后来数学家又把它拓广到代数中。例如,二次式x2+y2,当把x变换为y,y变换为x后,原来的式子就成了y2+x2,结果仍旧等于x2+y2,没有变化。由于这个代数式经过x与y变换后形式上与先前完全一样,所以把它称为对称的二次式。进一步说,对称,可以用“群”来表示,各色各样的对称群成为描述大自然的数学工具。
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